门式刚架构件横向加劲肋的设置与计算

106 9( Q235 钢) , 或 hw tw = 88 2( Q345 钢) 。 w = 2 924
时, cr f v = 1 2 9242 = 0 117, f y = 0 055 2, 由式 ( 22)
得: hw tw = 250( Q235 钢) , 或 hw tw = 206 4( Q345 钢) 。
cr, 即腹板中是 否形 成了拉 力场。如 果已在 腹板 中形 成 了拉力 场, 则 必须 设置 中间 加劲 肋, 其 间距 a 宜取
h w ~ 2h w 。如果腹板中未形成拉力场, 则不必在构件腹 板的其它部位设置中间加劲肋。
规程[ 1] 规定, 梁腹板利用屈曲后强度时, 其中间加
劲肋除承受集中 荷载 和翼缘 转折 处产生 的压力 外, 还
1 0, f y = 0 472, 由 式 ( 21 ) 得: hw t w = 68 47 ( Q235
钢) , 或 h w tw = 56 51( Q345 钢) 。 w = 1 25 时, cr f v =
0 64, f y = 0 302, 由 式( 21) 或式 ( 22) 均可 得: hw t w =
图 1 w- f v f v 关系曲线
图 2 w - cr f v 关系曲线
腹板上不形成拉力场的条件, 也能表达为拉力场不
在中间加劲肋上产生压力 N s 的条件, 由式( 8) 可表达为:
N s = V - 0 9 hw tw cr 0
( 11)
令
= V hw tw
( 12)
式( 11) 可改写为:
0 9 cr
( 13)
将式( 9) , ( 10) 分别代入式( 13) 可得:
当 0 8< w 1 25 时
0 9f v [ 1 - 0 8( w - 0 8) ]
( 14)
当 w > 1 25 时
0 9f v
2 w
( 15)
注意到关系式 f v = f yv R= ( f y 3) R , 其中 f yv 为 钢材的剪切屈服 点强度, R 为抗 力分 项系数, 对 Q235 钢, R= 1 087, 对 Q345 钢, R = 1 111, 为简 化计算, 统 一取 R = 1 1。由此可得:
荷载作用处 和翼缘 转折 处设置 横向加 劲肋。相 应地,
柱腹板应在与梁 连接 处, 以及 用连 接板与 吊车 梁上翼
缘相连接处 设置横 向加 劲肋[ 2] 。除 此之 外, 是否 需要
在构件腹板的其 它部 位设置 中间 加劲肋, 这主 要取决
于 腹板 中的 剪应 力 是否超 过了 腹板 的屈 曲剪 应力
应承受拉力场产生的压力 N s。
N s = V - 0 9hw t w cr
( 8)
当 0 8< w 1 25 时
cr = [ 1 - 0 8( w - 0 8) ] f v
( 9)
当 w > 1 25 时
cr = f v
2 w
( 10)
式中, cr 为利用 拉力场时 腹板的 屈曲剪应 力, 参数 w
按式( 5) 确定, 在不设中间加劲肋时, w 按式( 6) 确定。
由式( 9) , ( 10) 可 绘出图 2 所示 的 w - cr f v 关系
曲线, 它们分别为图 2 中的 AB 直线段和 BC 曲线段。
作者简介: 方恬, 硕士, 副教授, Email: fangtian53@ 163 com。
第 40 卷 第 8 期
建筑结构
2010 年 8 月
门式刚架构件横向加劲肋的设置与计算
方恬
( 苏州科技学院土木工程学院, 苏州 215011)
[ 摘要] 在 腹板利用屈曲后强度的条件下, 推导了门 式刚架 中焊接 H 形 截面构 件设置 横向加 劲肋的 计算式, 给出 了相应的计算数据表格。算例表明, 应用所给出计算式 , 能较容易地解决门式刚架构件设置腹板加劲肋的问 题。 [ 关键词] 门式刚架; 焊接 H 形截面构件; 腹板加劲肋; 设置; 计算公式
190 180 170 160 150 140 130
0 095 6 0 107 0 119 0 135 0 153 0 176 0 204
0 065 1 0 072 6 0 081 4 0 091 9 0 105 0 120 0 139
120 110 106 9 106 9 100 90 88 2
为腹板在纯剪切荷 载作用 下的 屈曲系 数, f y 为 钢材的
屈服强度。
当不设中间加劲肋时, k = 5 34。由此可得:
w=
hw t w 85 5 235 f y
( 6)
由式( 2) ~ ( 4) 可 绘出 图 1 所示 的 w - f v f v 关系
曲线, 它们分别代表图 1 中的 AB, BC, CD 直线段。
由式( 19) , ( 20) 可 得门 式刚架 焊接 H 形 截面 构件
腹板不需要设置中间 横向加 劲肋时 f y 的取 值条件,
详见表 1。
由表 1 中的数据可 知, 对 Q235 钢, 式 ( 19) , ( 20) 在
hw tw = 106 9 处的衔接情 况良好; 对 Q345 钢, 式 ( 19) ,
( 19)
当 w > 1 25 时
3 452 235 f y ( hw tw ) 2 f y
( 106 9 235 f y < hw tw 250 235 f y )
( 20)
式( 19) , ( 20) 也可改写为: 当 0 8< w 1 25 时:
hw tw
175 275( 1 - 1 291 f y )
过程如下: 将 式( 13) 取 为等 式 = 0 9 cr, 并 注意 到式
( 16) 的关系, 可得
cr
fv
=
0 9f v =
0 818f y
= 3
2 117 f y
fy
=
0
472
f
cr v
( 23)
由图 2 与式( 23) 就可 得 到 w 与 f y 的 关 系, 再 由式
( 21) 或式( 22) 得到 hw t w 值。如: w = 0 8 时, cr f v =
235 fy
( 0 302 f y < 0 472)
( 21)
当 1 25< w 2 924 时:
hw
3 452 235
tw
fy fy
( 0 055 2 f y < 0 302)
( 22)
式中 为腹板中的平均剪应力, 由式( 12) 确定。
式( 19) ~ ( 22) 中 hw tw 及 f y 的取值范 围的确定
将腹 板的局 部稳定条 件 hw tw 250 235 f y 代入 式( 6) , 可得到不设中间加劲肋 时 w 的取值上限 w = 2 924。所以在不设中间加劲 肋时, 式( 4) 中 w 的取值
88
范围为:
1 4 w 2 924
( 7)
规程[ 1] 规定, 梁腹板应在与中柱连接处, 较大集中
2 w
( 18)
将式( 6) 分别代 入式 ( 17) , ( 18) , 整理 后可得 不需
要设横向 加劲肋的 条件( 注意到, 不 设中间 加劲肋时,
w 的取值上限为 2 924) : 当 0 8< w 1 25 时:
fy
1 1 291
1-
hw t w 175 275
fy 235
( 68 47 235 f y < hw tw 106 9 235 f y )
肋。实际上, 门式刚架构件还应同时满足在弯矩 M 、轴 压力 N 、剪力 V 共同作用下的强度条件[ 1] :
V Vd
( 24)
M Mu来自百度文库
( 25)
式中: Vd 由式( 1) 确定; M u 为构件抗 弯承载力 设计值,
取值方法见文[ 1] 第 6 1 2 条。有时, 尽管表 1 的条件
满足, 但式( 24) 或式( 25) 不 满足, 则可 能仍需适 当布置
fv = fv
( 2)
当 0 8< w < 1 4 时
f v = [ 1 - 0 64( w - 0 8) ] f v
( 3)
当 w !1 4 时
f v = ( 1 - 0 275 w ) f v
( 4)
w = 37
hw tw k 235 f y
( 5)
式中, hw 为腹 板板 幅 的平 均高 度, tw 为腹 板 厚度, k
0 302 0 302 0 333 0 377 0 385 0 240 0 285 式( 20) 式( 19) 式( 19) 式( 19) 式( 19)
0 163
0 194
0 206 0 206 式( 20) 式( 20)
0 235 0 290 式( 20) 式( 20)
0 302 式( 20)
hw tw
1 设置横向加劲肋的计算公式 为了节省钢材, 门式刚架常采用变 截面的柱与梁。
现行技术规程[ 1] 规定, 当工 字形截 面构 件腹板 的高度 变化不 超过 60mm m 时, 可 利用 腹板屈 曲后 的抗 剪强 度, 其抗剪强度设计值 Vd 按下式计算:
Vd = hw tw f v
( 1)
当 w 0 8时
Q235 fy
Q345
88 2
0 385 式( 19)
0 302 式( 19)
80 0 421 0 346
70 0 465 0 400
hw tw
Q235 fy
Q345
hw tw
Q235
fy
Q345
hw tw
Q235 fy
Q345
250 240 230 220 210 206 4 200
0 055 2 0 059 9 0 065 3 0 071 3 0 078 3 0 081 0 0 086 3
-
-
-
-
- 0 055 2 0 058 8
0 9f v = 0 9( f y 3) 1 1 = 0 818f y 3 ( 16) 将式( 16) 分别代入式( 14) , ( 15) 可得: 当 0 8< w 1 25 时
( 0 818f y 3) [ 1- 0 8( w - 0 8) ] ( 17)
当 w > 1 25 时
( 0 818 f y )
( 20) 在 hw tw = 88 2 处的衔接情况也是一致的。
表 1 中 Q235 钢, hw tw = 170 ~ 100 对应 的 f y 值
与文[ 2] 表 2 4 4 中的数值基本一致。
应说明的是式( 19) ~ ( 22) 及表 1, 只是 从腹板中是
否形成拉 力场 的条 件 来判 断是 否 应设 中 间横 向 加劲
中间横向加劲肋, 以提高 f v 值, 从而使 Vd 值变大, 满足 强度要求。
应指出, 由于焊接变形的限制, 一般门 式刚架腹板
的宽厚比限制在 160 235 f y 左右。当采用能有效控制 焊接变 形 的 工 艺 时, 腹 板 宽 厚 比 可 做 到 上 限 值 250
235 f y 。
89
门式刚架构件腹板不需设置横向加劲肋的条件 表 1
Calculation and arrangement on the transverse stiffeners in structural members of gabled frames Fang Tian
( Institute of Civil Engineering, Suzhou University of Science and T echnology, Suzhou 215011, China) Abstract: The calculation formulas for arranging transverse stiffeners in structural members with welded H shaped cross sections in gabled frames were deduced under the condition of employing post buckling shear strength of web plate, and the corresponding tables for calculated data were presented. Examples show that by using the calculating formulas, the problems of arranging web stiffeners in structural members of gabled frames can be easily solved. Keywords: gabled frame; welded H shaped cross section; web stiffener ; arrangement; calculating formula